(57)【要約】【課題】高い電流密度を実現でき、また、作動電圧を安定させることができ、さらに、リフロー半田付けを行うことの可能な表面実装タイプのリチウム二次電池及びリチウム二次電池を備えた装置の提供を目的とする。【解決手段】リチウム二次電池１は、第一電極層２１、固体電解質層２２、及び、第二電極層２３を有する電池素子２と、第一電極層２１と当接する第一リード４と、電池素子２が収納される開口部３１を有し、開口部３１の底面に、第一リード４が露出するように、一体的に成形されたパッケージ３と、第二電極層２３と電気的に接続される第二リード５と、電池素子２及び第二リード５を封止する封止剤６とを備え、電池素子２が、押圧された状態で封止された構成としてある。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一電極層、第二電極層、及び、前記第一電極層と前記第二電極層によって挟まれた固体電解質層を有する電池素子と、
前記第一電極層と当接する第一リードと、
前記電池素子が収納される開口部を有し、前記開口部の底面に、前記第一リードが露出するように、一体的に成形されたパッケージと、
前記第二電極層と電気的に接続される第二リードと、
前記電池素子及び前記第二リードを封止する封止剤又は封止部材と
を備えることを特徴とするリチウム二次電池。
【請求項２】
前記電池素子が、押圧された状態で封止されたことを特徴とする請求項１に記載のリチウム二次電池。
【請求項３】
前記固体電解質層の材料が、硫化物であることを特徴とする請求項１又は２に記載のリチウム二次電池。
【請求項４】
前記開口部の開口断面積が、底面に向かって、小さくなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のリチウム二次電池。
【請求項５】
前記開口部が、一つ以上の段付き部を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のリチウム二次電池。
【請求項６】
前記第二リードが前記第二電極層と当接することによって、あるいは、導電体を介して前記第二リードが前記第二電極と接続されることによって、前記第二リードが、前記第二電極層と電気的に接続されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のリチウム二次電池。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のリチウム二次電池を備えたことを特徴とするリチウム二次電池を備えた装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウム二次電池及びリチウム二次電池を備えた装置に関し、特に、リフロー半田付けを行うことの可能な表面実装タイプのリチウム二次電池及びリチウム二次電池を備えた装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯情報端末、携帯電子機器、家庭用小型電力貯蔵装置、モーターを動力源とする自動二輪車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車等に用いられる高性能リチウム電池等の二次電池の需要が増加している。使用される用途が広がるのに伴い、二次電池の更なる安全性の向上及び高性能化が要求されている。
また、無機固体電解質は、その性質上一般に不燃で、通常使用される有機溶媒電解質と比較し安全性の高い材料であり、高い耐熱性を有している。そのため、該電解質を用いたリチウム電池の開発が望まれている。
一方、近年、様々な電子部品が電子基板に実装されているが、表面実装タイプのリチウム二次電池の開発も望まれている。
【０００３】
たとえば、特許文献１には、固体電解質膜が正極膜と負極膜とによって挟まれるように、基板上に設けられた凹状の開口部内に、正極膜と固体電解質膜と負極膜とを順に積層する積層工程と、積層工程によって積層される正極膜および負極膜にそれぞれに接触するように、集電極をそれぞれ成膜する集電極成膜工程とを含んだことを特徴とする全固体型リチウム二次電池製造方法の技術が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、電気化学素子を搭載するダイパッドと、ダイパッドをフレームに固定するタイバーと、ダイパッドからフレームに向けて配したリードを有するリードフレームであって、ダイパッドに接続した少なくとも１つのリードと、ダイパッドの一部切り欠き部と、フレームから切り欠き部に伸ばした少なくとも１つのリードとを有することを特徴とするリードフレームの技術が開示されている。
【０００５】
さらに、この特許文献２には、上記のリードフレームのダイパッドと電気化学素子（たとえば、固体電解質を構成要素とする電池）の一方の電極とを接合する行程と、電気化学素子の他方の電極とダイパッドに直接接続しないリードとを接合する行程と、リード部とリードフレーム部とを除き絶縁材料で封止する行程と、タイバーおよびリードとの不要部を切断する行程を有することを特徴とする電気化学素子の製法の技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１４０７０５号公報
【特許文献２】特開２００３−７７４５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載された技術は、スパッタ等の積層技術を用いており、製造される電池は、いわゆる薄膜電池である。このため、高い電流密度を実現でき、また、作動電圧を安定させるといった要望を、十分に満足させることができないといった問題があった。また、一般的に、上記の積層技術は、高額な設備などを必要とし、製造原価のコストダウンを図ることができないといった問題があった。
また、上記特許文献２に記載された技術は、電池素子が保護されていないため、環境の影響を受けやすく、たとえば、リフロー半田付け等の処理を行うことは、ほぼ実用的でないといった問題があった。
【０００８】
本発明は、係る課題に鑑みなされたものであり、高い電流密度を実現でき、また、作動電圧を安定させることができ、さらに、リフロー半田付けを行うことの可能な表面実装タイプのリチウム二次電池及びリチウム二次電池を備えた装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明のリチウム二次電池は、第一電極層、第二電極層、及び、前記第一電極層と前記第二電極層によって挟まれた固体電解質層を有する電池素子と、前記第一電極層と当接する第一リードと、前記電池素子が収納される開口部を有し、前記開口部の底面に、前記第一リードが露出するように、一体的に成形されたパッケージと、前記第二電極層と電気的に接続される第二リードと、前記電池素子及び前記第二リードを封止する封止剤又は封止部材とを備える構成としてある。
このようにすると、薄膜電池と比べると、高い電流密度を実現でき、また、作動電圧を安定させることができる。さらに、電池素子が保護されているので、リフロー半田付けを行うことの可能な表面実装タイプのリチウム二次電池を提供することができる。
【００１０】
また、好ましくは、前記電池素子が、押圧された状態で封止されるとよい。
このようにすると、電池素子が、押圧された状態で封止されることによって、少なくとも、第二電極層と固体電解質層との接触面圧、及び、固体電解質層と第一電極層との接触面圧を高めることができる。したがって、リチウム二次電池は、接触不良に起因する電流密度の低下を抑制することができる。
【００１１】
また、好ましくは、前記固体電解質層の材料が、硫化物であるとよい。
このようにすると、電流密度を向上させることができる。
【００１２】
また、好ましくは、前記開口部の開口断面積が、底面に向かって、小さくなるとよい。
このようにすると、電池素子を開口部に装入する際の作業性などを向上させることができる。
【００１３】
また、好ましくは、前記開口部が、一つ以上の段付き部を有するとよい。
このようにすると、たとえば、段付き部を利用して、電池素子を開口部に装入する際の作業性などをさらに向上させることができる。
【００１４】
また、好ましくは、前記第二リードが前記第二電極層と当接することによって、あるいは、導電体を介して前記第二リードが前記第二電極と接続されることによって、前記第二リードが、前記第二電極層と電気的に接続されるとよい。
このようにすると、第二リードと第二電極層とを、容易に電気的に接続することができる。
【００１５】
また、本発明のリチウム二次電池を備えた装置は、上記請求項１〜５のいずれか一項に記載のリチウム二次電池を備えた構成としてある。
このようにすると、リチウム二次電池を、たとえば、基板などに直接的に表面実装することができるので、装置の生産性などを向上させることができる。さらに、リチウム二次電池が、接触不良に起因する電流密度の低下を抑制することができるので、装置の信頼性などを向上させることができる。
【００１６】
また、本発明は、リチウム二次電池の製造方法としても有効である。このリチウム二次電池の製造方法は、電池素子としての、第一電極層、固体電解質層及び第二電極層を積層する電池素子製造工程と、前記第一電極層と当接する第一リード、及び、前記第二電極層と当接する第二リードをプレス成形するリード製造工程と、前記電池素子が収納される開口部を有し、前記開口部の底面に、前記第一リードが露出するように、パッケージを一体的に成形するパッケージ製造工程と、前記パッケージの開口部に、前記電池素子を装入し、前記第二リードを前記第二電極層と当接させ、前記電池素子を押圧した状態で、前記電池素子及び前記第二リードを封止する組立工程とを有する方法としてある。
このようにすると、薄膜電池と比べると、高い電流密度を実現でき、また、作動電圧を安定させることができ、さらに、電池素子が保護されているので、リフロー半田付けを行うことの可能な表面実装タイプのリチウム二次電池を製造することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明におけるリチウム二次電池及びリチウム二次電池を備えた装置によれば、高い電流密度を実現でき、また、作動電圧を安定させることができ、さらに、電池素子が保護されているので、リフロー半田付けを行うことの可能な表面実装タイプのリチウム二次電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
［リチウム二次電池の第一実施形態］
図１は、本発明の第一実施形態にかかるリチウム二次電池の概略図であり、（ａ）は平面図を示しており、（ｂ）はＡ−Ａ断面図を示している。
図１において、リチウム二次電池１は、電池素子２、パッケージ３、第一リード４、第二リード５及び封止剤６を備えている。
また、電池素子２は、第一電極層２１、第二電極層２３、及び、第一電極層２１と第二電極層２３によって挟まれた固体電解質層２２を有している。
【００１９】
（固体電解質層）
固体電解質層２２は、リチウムイオン伝導性固体電解質の薄膜である。本実施形態の固体電解質２２は、硫化物系の無機固体電解質であり、この硫化物系の無機固体電解質は、イオン伝導度が他の無機化合物より高いことが知られている。したがって、リチウム二次電池１は、電流密度を向上させることができる。また、液状の電解質を用いる場合と比べると、リチウム二次電池１の安全性を向上させることができる。
固体電解質層２２を構成する物質としては、たとえば、Ｌｉ２ＳとＳｉＳ２、ＧｅＳ２、Ｐ２Ｓ５、Ｂ２Ｓ３の組合せから成る無機固体電解質に、適宜、Ｌｉ３ＰＯ４やハロゲン、ハロゲン化合物を添加した無機固体電解質を用いることができる。
【００２０】
また、固体電解質層２２は、ほぼ円形の薄板状の形状としてあり、下面が第一電極層（正極層）２１と当接し、上面が第二電極層（負極層）２３と当接し、さらに、側面がパッケージ３と当接する。
なお、固体電解質層２２を構成する物質は、上記の無機固体電解質に限定されるものではない。また、本発明の固体電解質層２２を構成する物質としては、有機化合物、無機化合物、又は、有機・無機両化合物からなる材料を用いることができ、リチウム二次電池の分野において、公知のものを使用することができる。
【００２１】
（第一電極層）
第一電極層（正極層）２１を構成する物質としては、電池分野において正極活物質として使用されているものを使用することができる。たとえば、硫化物系では、硫化チタン（ＴｉＳ２）、硫化モリブデン（ＭｏＳ２）、硫化鉄（ＦｅＳ、ＦｅＳ２）、硫化銅（ＣｕＳ）及び硫化ニッケル（Ｎｉ３Ｓ２）等が使用される。好ましくは、ＴｉＳ２が使用される。
また、酸化物系では、酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）、鉛酸ビスマス（Ｂｉ２Ｐｂ２Ｏ５）、酸化銅（ＣｕＯ）、酸化バナジウム（Ｖ６Ｏ１３）、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ２）等が使用される。なお、これらを混合して用いることも可能である。好ましくは、コバルト酸リチウムが使用される。
【００２２】
また、第一電極層２１は、固体電解質層２２とほぼ同じ円形の薄板状の形状としてあり、下面が第一リード４と当接し、上面が固体電解質層２２と当接し、さらに、側面がパッケージ３と当接する。
なお、第一電極層２１を構成する物質としては、上記の他に、セレン化ニオブ（ＮｂＳｅ３）が使用される。また、図示してないが、第一電極層２１を構成する物質に、導電助剤として、電子が正極活物質内で円滑に移動するようにするための電気的に導電性を有す物質を適宜添加してもよい。上記の電気的に導電性を有する物質は、特に限定されるものではなく、たとえば、アセチレンブラック、カーボンブラック、カーボンナノチューブのような導電性物質又はポリアニリン、ポリアセチレン、ポリピロールのような導電性高分子を単独又は混合して用いることができる。
【００２３】
（第二電極層）
第二電極層（負極層）２３を構成する物質としては、電池分野において、リチウムイオンを吸蔵放出可能な負極活物質として使用されているものを使用することができる。たとえば、炭素材料、具体的には、人造黒鉛、黒鉛炭素繊維、樹脂焼成炭素、熱分解気相成長炭素、コークス、メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）、フルフリルアルコール樹脂焼成炭素、ポリアセン、ピッチ系炭素繊維、気相成長炭素繊維、天然黒鉛及び難黒鉛化性炭素が挙げられる。又はその混合物でもよい。好ましくは、人造黒鉛である。
また、金属リチウム、金属インジウム、金属アルミ、金属ケイ素や、これらの金属自体や他の元素、化合物と組み合わせた合金を、第二電極層２３の材料として用いることができる。
さらに、第二電極層２３に、固体電解質層２２で使用する固体電解物質を混合して使用してもよい。
【００２４】
また、第二電極層２３は、固体電解質層２２とほぼ同じ円形の薄板状の形状としてあり、下面が固体電解質層２２と当接し、上面が第二リード５と当接し、さらに、側面がパッケージ３と当接する。
なお、第二電極層２３、固体電解質層２２及び第一電極層２１の形状や大きさは、特に限定されるものではない。
【００２５】
（第一リード）
第一リード４は、通常、導電性の金属であり、第一電極層２１と当接し電気的に接続される部分が、正極集電体として機能し、パッケージ３から突き出る部分（あるいは、露出する部分）が、外部端子（正極端子）として機能する。なお、第一電極層２１と第一リード４の間に、金属または炭素材料からなる集電体（図示せず）を設けてもよい。
第一リード４の材料は、一般的に、銅、マグネシウム、ステンレス鋼、チタン、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、アルミニウム、ゲルマニウム、インジウム、リチウム、又は、これらの合金等である。なお、第一リード４は、上述したように、通常、金属製であるが、これに限定されるものではなく、たとえば、導電性材料でコートした樹脂材料からなる構成としてもよい。
【００２６】
本実施形態の第一リード４は、第一電極層２１の直径とほぼ同じ幅を有する細長い板状としてある。この第一リード４は、一方の端部が第一電極層２１と当接し、他方の端部が、図示してないが、所定の（たとえば、表面実装に適した）リード形状に形成される。すなわち、第一リード４は、一方の端部がパッケージ３の開口部３１の底面に露出し、他方の端部がパッケージ３から突き出るように、パッケージ３に埋設されている。
なお、第一リード４の形状や大きさは、特に限定されるものではない。たとえば、電池素子２の平面積が大きい場合、正極集電体として機能する一方の端部は、第一電極層２１の形状や大きさに対応する形状や大きさに形成され、他方の端部は、上述したように、所定のリード形状に形成される。
【００２７】
（第二リード）
第二リード５は、通常、導電性の金属であり、第二電極層２３と当接し電気的に接続される部分が、負極集電体として機能し、パッケージ３から突き出る部分（あるいは、露出する部分）が、外部端子（負極端子）として機能する。なお、第二電極層２３と第二リード５の間に、金属または炭素材料からなる集電体（図示せず）を設けてもよい。
第二リード５の材料は、一般的に、銅、マグネシウム、ステンレス鋼、チタン、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、アルミニウム、ゲルマニウム、インジウム、リチウム、又は、これらの合金等である。なお、第二リード５は、上述したように、通常、金属製であるが、これに限定されるものではなく、たとえば、導電性材料でコートした樹脂材料からなる構成としてもよい。
【００２８】
本実施形態の第二リード５は、第一電極層２１の半径とほぼ同じ幅を有するほぼ細長い板状としてあり、一方の端部に、第二電極層２３とほぼ同じ形状の円板（負極集電体として機能する円板）が形成されている。また、第二リード５は、上記の円板が第二電極層２３と当接し、かつ、他方の端部がパッケージ３から突き出るように、円板の付根の部分からほぼ直角に（上方に向かって）折り曲げられ、さらに、パッケージ３の上面に対応する部分からほぼ直角に（水平方向に向かって）折り曲げられている。さらに、パッケージ３から突き出た他方の端部は、図示してないが、所定の（たとえば、表面実装に適した）リード形状に形成される。
この第二リード５は、一方の端部（円板）がパッケージ３の開口部３１に装入された第二電極層２３と当接するように、パッケージ３に取り付けられ、その後、封止剤６が開口部３１に注入されることによって、パッケージ３に固定される。
なお、第二リード５の形状や大きさは、特に限定されるものではなく、たとえば、電池素子２の平面積が大きい場合には、負極集電体として機能する一方の端部は、第二電極層２３の形状や大きさに対応する形状や大きさに形成され、他方の端部は、上述したように、所定のリード形状に形成される。
【００２９】
（パッケージ）
パッケージ３は、上面のほぼ中央部に、円筒状の開口部３１を有するほぼ直方体状としてある。この開口部３１は、所定の深さ（電池素子２の高さと、封止剤６を充填するための深さとを合計した深さ）を有しており、上述した電池素子２が収納される。また、パッケージ３は、開口部３１の底面に、第一リード４の一方の端部が露出するように、一体的に成形される。したがって、パッケージ３が成形されると、第一リード４の一方の端部がパッケージ３に埋設されている。
なお、パッケージ３の形状や大きさは、特に限定されるものではない。通常、形状は、円形状又は矩形状であり、大きさは、直径又は長辺の長さが１ｍｍ以上２０ｍｍ以下程度である。
【００３０】
また、パッケージ３の材料は、絶縁性材料であり、通常、絶縁性の樹脂又は絶縁性のセラミックスが用いられる。このようにすると、たとえば、第一電極層２１と第二電極層２３とがショートするといった不具合を効果的に防止することができる。
上記の樹脂としては、たとえば、芳香族ナイロン、シンジオタクチックポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルニトリル等が挙げられ、ガラス転移点あるいは融点が、２００℃以上のものが好ましく、さらに好ましくは、３００℃以上である。また、無機酸化物のフィラーを含有していてもよい。
【００３１】
（封止剤）
本実施形態の封止剤６は、絶縁性の樹脂としてあり、上述した第二リード５の一方の端部（円板）が、開口部３１に装入された電池素子２の第二電極層２３と当接した状態で、開口部３１に充填される。これにより、封止剤６は、電池素子２及び第二リード５の一方の端部を、開口部３１に封止する。
封止剤６の材料は、上記の絶縁性の樹脂に限定されるものではなく、たとえば、低融点ガラスや金属等を使用してもよい。通常、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、（メタ）アクリル樹脂等が使用される。
【００３２】
ここで、好ましくは、第二リード５の一方の端部（円板）を下方に押圧した状態で、封止するとよい。
このようにすると、第二リード５と第二電極層２３との接触面圧、第二電極層２３と固体電解質層２２との接触面圧、固体電解質層２２と第一電極層２１との接触面圧、及び、第一電極層２１と第一リード４との接触面圧を高めることができる。したがって、リチウム二次電池１は、接触不良に起因する電流密度の低下を抑制することができる。
【００３３】
また、本実施形態では、樹脂からなる封止剤６を開口部３１に充填しているが、これに限定されるものではない。たとえば、開口部３１に嵌入される封止部材（たとえば、セラミックや金属などの耐熱性に優れた材料からなる円板）を、接着剤とともに開口部３１に埋め込む構成としてもよい。このようにすると、リフロー炉の熱やチップマウンタの衝撃から、電池素子２を効果的に保護することができる。
【００３４】
以上説明したように、本実施形態のリチウム二次電池１によれば、薄膜電池と比べると、高い電流密度を実現でき、また、作動電圧を安定させることができる。さらに、電池素子２が封止剤６によって保護されているので、たとえば、リフロー半田付けを行うことの可能な表面実装タイプのリチウム二次電池１を提供することができる。
【００３５】
［リチウム二次電池の第二実施形態］
図２は、本発明の第二実施形態にかかるリチウム二次電池の概略図であり、（ａ）は平面図を示しており、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図を示している。
図２において、リチウム二次電池１ａは、上述した第一実施形態のリチウム二次電池１と比べると、パッケージ３ａが、開口部３１の代わりに、截頭円錐を逆さにした形状の第一開口部３２ａ及び第二開口部３１ａを有し、さらに、第一開口部３２ａ及び第二開口部３１ａに対応した、電池素子２ａ、第一リード４ａ、第二リード５ａ及び封止剤６ａを備えている点などが相違する。
なお、他の構成及び各部材の材質などは、上述したリチウム二次電池１とほぼ同様としてある。
【００３６】
（パッケージ）
パッケージ３ａは、上面のほぼ中央部に、截頭円錐を逆さにした形状の第二開口部３１ａ及び第一開口部３２ａを有している。
第二開口部３１ａは、パッケージ３ａの上面から底面に向かうほど、開口断面積が小さくなるように、截頭円錐を逆さにした形状としてある。これにより、第二開口部３１ａに電池素子２ａ（特に、第二電極層２３ａ）を装入する際の作業性を向上させることができる。また、装入する際に、電池素子２ａが第二開口部３１ａの側面と擦れる可能性が低減されるので、擦れによる異物の発生などが抑制され、リチウム二次電池１ａの品質の信頼性を向上させることができる。
また、第二開口部３１ａの底面の位置は、電池素子２ａを第二開口部３１ａ及び第一開口部３２ａに装入した際の第二電極層２３ａの下面の位置とほぼ同じであるか、あるいは、前記の第二電極層２３ａの下面の位置より僅かに下方に位置している。このようにすると、たとえば、第一電極層２１ａと第一リード４ａとの接触面圧が低下するといった不具合を回避することができる。
【００３７】
第一開口部３２ａは、第二開口部３１ａの底面からパッケージ３ａの底面に向かうほど、開口断面積が小さくなるように、截頭円錐を逆さにした形状としてある。これにより、第一開口部３２ａに電池素子２ａ（特に、第一電極層２１ａ及び固体電解質層２２ａ）を装入する際の作業性を向上させることができる。また、装入する際に、電池素子２ａが第一開口部３２ａの側面と擦れる可能性が低減されるので、擦れによる異物の発生などが抑制され、リチウム二次電池１ａの品質の信頼性を向上させることができる。
【００３８】
また、第一開口部３２ａは、その中心軸が第二開口部３１ａの中心軸と一致するように、形成されている。さらに、第一開口部３２ａの最上部の半径を、第一開口部３２ａの最下部の半径より、所定の長さだけ短くしてあるので、第二開口部３１ａと第一開口部３２ａとの間に、円環状の平面を有する段付き部が形成される。このようにすると、たとえば、段付き部を利用して、電池素子２ａ（特に、第一電極層２１ａ及び固体電解質層２２ａ）を第一開口部３２ａに装入する際の作業性をさらに向上させることができる。また、装入する際に、電池素子２ａが第一開口部３２ａの側面と擦れる可能性が低減されるので、擦れによる異物の発生などが抑制され、リチウム二次電池１ａの品質の信頼性をさらに向上させることができる。
【００３９】
（電池素子）
電池素子２ａは、第一開口部３２ａ及び第二開口部３１ａに対応した形状としてある。すなわち、第一電極層２１ａ及び固体電解質層２２ａは、第一開口部３２ａの形状に対応して、その截頭円錐を逆さにした薄板状の形状としてあり、第二電極層２３ａは、第二開口部３１ａの形状に対応して、その截頭円錐を逆さにした薄板状の形状としてある。
また、電池素子２ａは、第二開口部３１ａ及び第一開口部３２ａに装入された際、第一電極層２１ａと第一リード４ａとが確実に当接する必要があるので、通常、装入された電池素子２ａの各側面は、第二開口部３１ａ及び第一開口部３２ａの側面との間に、僅かな隙間が発生するように形成されている。このようにすると、たとえば、第一電極層２１ａと第一リード４ａとの接触面圧が低下するといった不具合を回避することができる。
【００４０】
（第一リード）
本実施形態の第一リード４ａは、第一電極層２１ａの下面の直径とほぼ同じ幅を有する細長い板状としてある。この第一リード４ａは、一方の端部が第一電極層２１ａと当接し、他方の端部が、図示してないが、所定の（たとえば、表面実装に適した）リード形状に形成される。すなわち、第一リード４ａは、一方の端部がパッケージ３ａの第一開口部３２ａの底面に露出し、他方の端部がパッケージ３ａから突き出るように、パッケージ３ａに埋設されている。
【００４１】
（第二リード）
本実施形態の第二リード５ａは、第二電極層２３ａの下面の直径より僅かに短い幅を有するほぼ細長い板状としてあり、一方の端部に、第二電極層２３ａの上面とほぼ同じ形状の円板（負極集電体として機能する円板）が形成されている。また、第二リード５ａは、上記の円板が第二電極層２３ａと当接し、かつ、他方の端部がパッケージ３ａから突き出るように、円板の付根の部分からほぼ直角に（上方に向かって）折り曲げられ、さらに、パッケージ３ａの上面に対応する部分からほぼ直角に（水平方向に向かって）折り曲げられている。さらに、パッケージ３ａから突き出た他方の端部は、図示してないが、所定の（たとえば、表面実装に適した）リード形状に形成される。
この第二リード５ａは、一方の端部（円板）がパッケージ３ａの第二開口部３１ａに装入された第二電極層２３ａと当接するように、パッケージ３ａに取り付けられ、その後、封止剤６ａが第二開口部３１ａに注入されることによって、パッケージ３ａに固定される。
【００４２】
（封止剤）
本実施形態の封止剤６ａは、上述した第二リード５ａの一方の端部（円板）が、第二開口部３１ａに装入された電池素子２ａの第二電極層２３ａと当接した状態で、第二開口部３１ａに充填される。これにより、封止剤６ａは、電池素子２ａ及び第二リード５ａの一方の端部を、第二開口部３１ａ及び第一開口部３２ａに封止する。
【００４３】
ここで、好ましくは、第二リード５ａの一方の端部（円板）を下方に押圧した状態で、封止するとよい。
このようにすると、第二リード５ａと第二電極層２３ａとの接触面圧、第二電極層２３ａと固体電解質層２２ａとの接触面圧、固体電解質層２２ａと第一電極層２１ａとの接触面圧、及び、第一電極層２１ａと第一リード４ａとの接触面圧を高めることができる。したがって、リチウム二次電池１ａは、接触不良に起因する電流密度の低下を抑制することができる。
【００４４】
また、第二リード５ａの一方の端部（円板）を下方に押圧する際、上述したように、第二開口部３１ａの底面の位置を、電池素子２ａを第二開口部３１ａ及び第一開口部３２ａに装入した際の第二電極層２３ａの下面の位置より、僅かに（微少距離だけ）下方に位置する構成とするとよい。このようにすると、上記の微少距離を調整することによって、第二リード５ａと第二電極層２３ａとの接触面圧、第二電極層２３ａと固体電解質層２２ａとの接触面圧、固体電解質層２２ａと第一電極層２１ａとの接触面圧、及び、第一電極層２１ａと第一リード４ａとの接触面圧を、調整することができる。したがって、各接触面圧を制御でき、接触不良に起因する電流密度の低下を、より確実に抑制することができる。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態のリチウム二次電池１ａによれば、第一実施形態とほぼ同様に、高い電流密度を実現でき、また、作動電圧を安定させることができる。さらに、電池素子２ａが封止剤６ａによって保護されているので、たとえば、リフロー半田付けを行うことの可能な表面実装タイプのリチウム二次電池１ａを提供することができる。
さらに、截頭円錐を逆さにした形状の第二開口部３１ａ及び第一開口部３２ａを有することにより、電池素子２ａを第二開口部３１ａ及び第二開口部３１ａに装入する際の作業性などを大幅に向上させることができる。
【００４６】
［リチウム二次電池の第三実施形態］
図３は、本発明の第三実施形態にかかるリチウム二次電池の概略図であり、（ａ）は平面図を示しており、（ｂ）はＣ−Ｃ断面図を示している。
図３において、リチウム二次電池１ｂは、上述した第一実施形態のリチウム二次電池１と比べると、電池素子２ｂが接合板（集電体）２４を有し、電池素子２ｂの第二電極層２３ｂと第二リード５ｂが、接合板２４及びワイヤ７を介して電気的に接続されている点などが相違する。
なお、他の構成及び各部材の材質などは、上述したリチウム二次電池１とほぼ同様としてある。
【００４７】
（電池素子）
電池素子２ｂは、ほぼ直方体状としてある。すなわち、第一電極層２１ｂ、固体電解質層２２ｂ及び第二電極層２３ｂは、ほぼ同じ矩形の薄板状の形状としてある。
また、電池素子２ｂは、第二電極層２３ｂの上面に、第二電極層２３ｂとほぼ同じ矩形状の接合板（集電体）２４を有している。この接合板２４は、材質が、導電性の金属、たとえば、銅、マグネシウム、ステンレス鋼、チタン、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、アルミニウム、ゲルマニウム、インジウム、リチウム、又は、これらの合金等であり、第二電極層２３ｂの集電体として機能する。また、接合板２４のほぼ中央部には、ワイヤ７の一方の端部が接合される。
なお、本実施形態の電池素子２ｂは、ほぼ直方体状としてあるが、これに限定されるものではなく、たとえば、開口部３１ｂに収納される形状であればよい。
【００４８】
（パッケージ）
パッケージ３ｂは、上面のほぼ中央部に、截頭円錐を逆さにした形状の開口部３１ｂを有するほぼ直方体状としてある。この開口部３１ｂは、所定の深さ（電池素子２ｂの高さと、封止剤６ｂを充填するための深さとを合計した深さ）を有しており、上述した電池素子２ｂが収納される。
また、パッケージ３ｂは、開口部３１ｂの底面に、第一リード４ｂの一方の端部、及び、第二リード５ｂの一方の端部が露出するように、一体的に成形される。したがって、パッケージ３ｂが成形されると、第一リード４ｂの一方の端部、及び、第二リード５ｂの一方の端部がパッケージ３ｂに埋設されている。また、第一リード４ｂの一方の端部と第二リード５ｂの一方の端部とは、所定の距離だけ離れており、電気的に接続されてはいない。
【００４９】
また、開口部３１ｂは、パッケージ３ｂの上面から底面に向かうほど、開口断面積が小さくなるように、截頭円錐を逆さにした形状としてある。
これにより、開口部３１ｂに電池素子２ｂを装入する際の作業性を向上させることができる。また、装入する際に、電池素子２ｂが開口部３１ｂの側面と擦れる可能性が低減されるので、擦れによる異物の発生などが抑制され、リチウム二次電池１ｂの品質の信頼性を向上させることができる。
【００５０】
（第一リード）
本実施形態の第一リード４ｂは、開口部３１ｂの最上部の直径とほぼ同じ幅を有する細長い板状としてある。この第一リード４ｂは、一方の端部が第一電極層２１ｂと当接し、他方の端部が、図示してないが、所定の（たとえば、表面実装に適した）リード形状に形成される。すなわち、第一リード４ｂは、一方の端部がパッケージ３ｂの開口部３１ｂの底面に露出し、他方の端部がパッケージ３ｂから突き出るように、パッケージ３ｂに埋設されている。
【００５１】
（第二リード）
本実施形態の第二リード５ｂは、開口部３１ｂの最上部の直径とほぼ同じ幅を有するほぼ細長い板状としてある。この第二リード５ｂは、一方の端部に、ワイヤ７の他方の端部が接合され、他方の端部が、図示してないが、所定の（たとえば、表面実装に適した）リード形状に形成される。すなわち、第二リード５ｂは、一方の端部がパッケージ３ｂの開口部３１ｂの底面に露出し、他方の端部がパッケージ３ｂから突き出るように、パッケージ３ｂに埋設されている。
【００５２】
（ワイヤ）
ワイヤ７は、通常、導電性に優れた金属からなる単線であり、ワイヤボンディングによって、電池素子２ｂの接合板２４と第二リード５ｂの一方の端部とを電気的に接続している。このようにしても、電池素子２ｂの接合板（集電体）２４と第二リード５ｂとを、容易に電気的に接続することができる。
【００５３】
（封止剤）
本実施形態の封止剤６ｂは、電池素子２ｂの接合板２４と第二リード５ｂの一方の端部とを、ワイヤ７によって電気的に接続した後に、開口部３１ｂに充填される。これにより、封止剤６ｂは、電池素子２ｂ及びワイヤ７を開口部３１ｂに封止する。
【００５４】
ここで、好ましくは、接合板２４を下方に押圧した状態で、封止するとよい。
このようにすると、接合板２４と第二電極層２３ｂとの接触面圧、第二電極層２３ｂと固体電解質層２２ｂとの接触面圧、固体電解質層２２ｂと第一電極層２１ｂとの接触面圧、及び、第一電極層２１ｂと第一リード４ｂとの接触面圧を高めることができる。したがって、リチウム二次電池１ｂは、接触不良に起因する電流密度の低下を抑制することができる。
【００５５】
以上説明したように、本実施形態のリチウム二次電池１ｂによれば、第一実施形態とほぼ同様に、高い電流密度を実現でき、また、作動電圧を安定させることができる。さらに、電池素子２ｂが封止剤６ｂによって保護されているので、たとえば、リフロー半田付けを行うことの可能な表面実装タイプのリチウム二次電池１ｂを提供することができる。
【００５６】
［リチウム二次電池を備えた装置の一実施形態］
本発明は、リチウム二次電池を備えた装置の発明としても有効である。すなわち、本実施形態のリチウム二次電池を備えた装置（図示せず）は、上述した第一実施形態のリチウム二次電池１を備えた装置としてある。
本実施形態のリチウム二次電池１を備えた装置は、各種携帯電子機器などに用いられる電源装置としてある。
ここで、上記の各種携帯電子機器は、特に限定されるものではなく、たとえば、ノート型パソコン，ノート型ワープロ，パームトップ（ポケット）パソコン，携帯電話，ＰＨＳ，携帯ファックス，携帯プリンター，ヘッドフォンステレオ，ビデオカメラ，携帯テレビ，ポータブルＣＤ，ポータブルＭＤ，電動髭剃り機，電子手張，トランシーバー，電動工具，ラジオ，テープレコーダ，デジタルカメラ，携帯コピー機，携帯ゲーム機等である。
また、本実施形態のリチウム二次電池を備えた装置は、電気自動車，ハイブリッド自動車，自動販売機，電動カート，ロードレベリング用蓄電システム，家庭用蓄電器，分散型電力貯蔵機システム（据置型電化製品に内蔵），非常時電力供給システム等にも用いることができる。
【００５７】
さらに、本発明のリチウム二次電池を備えた装置は、上述した電源装置に限定されるものではなく、たとえば、様々な装置、機器、又は、システムでもよい。すなわち、本発明のリチウム二次電池は、たとえば、様々な装置、機器、又は、システムが有する基板に、表面実装によって、直接的に備え付けられることができる。
上記の様々な装置、機器、又は、システムとしては、各種携帯電子機器、たとえば、ノート型パソコン，ノート型ワープロ，パームトップ（ポケット）パソコン，携帯電話，ＰＨＳ，携帯ファックス，携帯プリンター，ヘッドフォンステレオ，ビデオカメラ，携帯テレビ，ポータブルＣＤ，ポータブルＭＤ，電動髭剃り機，電子手張，トランシーバー，電動工具，ラジオ，テープレコーダ，デジタルカメラ，携帯コピー機，携帯ゲーム機等を挙げることができる。また、電気自動車，ハイブリッド自動車，自動販売機，電動カート，ロードレベリング用蓄電システム，家庭用蓄電器，分散型電力貯蔵機システム（据置型電化製品に内蔵），非常時電力供給システム等を挙げることができる。
【００５８】
以上説明したように、本実施形態のリチウム二次電池を備えた装置は、リチウム二次電池１が、高い電流密度を実現でき、また、作動電圧を安定させることができるので、装置自体の性能を高めることができる。
また、電池素子２が保護されているので、たとえば、装置が有する基板などに直接的にリフロー半田付けを行うことができ、装置の生産性を向上させることができ、また、ソケットなどが不要となるので、製造原価のコストダウンを図ることができる。
さらに、リチウム二次電池１の電池素子２が、押圧された状態で封止されることによって、少なくとも、第二電極層２３と固体電解質層２２との接触面圧、及び、固体電解質層２２と第一電極層２１との接触面圧を高めることができる。したがって、リチウム二次電池１は、接触不良に起因する電流密度の低下を抑制することができる。これにより、装置自体の信頼性などを向上させることができる。
【００５９】
［リチウム二次電池の製造方法の一実施形態］
図４は、本発明の一実施形態にかかるリチウム二次電池の製造方法の概略フローチャート図を示している。
図４において、本実施形態のリチウム二次電池の製造方法は、上述した第一実施形態のリチウム二次電池１を製造する方法としてある。
まず、電池素子製造工程において、電池素子２を構成する、第一電極層２１、固体電解質層２２及び第二電極層２３を積層する（ステップＳ１）。
このように、第一電極層２１、固体電解質層２２及び第二電極層２３をあらかじめ重ね合わせて、一つの電池素子２とすることにより、開口部３１に電池素子２を装入する際の生産性を向上させることができる。
【００６０】
次に、リード製造工程において、第一電極層２１と当接する第一リード４、及び、第二電極層２３と当接する第二リード５をプレス成形する（ステップＳ２）。
ここで、第一リード４及び第二リード５は、金属条材をプレス打抜き加工することによって、リードフレーム（図示せず）と連結された状態で成形される。このようにすると、第一リード４及び第二リード５のハンドリング性などが向上するので、製造工程を容易に自動化することができる。
【００６１】
続いて、パッケージ製造工程において、電池素子２が収納される開口部３１を有し、開口部３１の底面に、第一リード４が露出するように、パッケージ３を一体的に成形する（ステップＳ３）。
ここで、パッケージ３は、通常、射出成形法を用いて成形され、リードフレームと連結された第一リード４がインサートモールド加工される。
なお、上記の電池素子２、第一リード４、第二リード５及びパッケージ３は、組立工程において必要な部材であるので、組立工程を開始するまでに用意されていればよい。
【００６２】
次に、組立工程において、パッケージ３の開口部３１に、電池素子２を装入し、リードフレームと連結された第二リード５を第二電極層２３と当接させる。続いて、第二リード５の一方の端部（円板）を、複数の押圧ピン（図示せず）で下方に押圧した状態で、開口部３１に封止剤６を充填し硬化させる。さらに、硬化した後、複数の押圧ピンを引き抜き、引き抜かれた押圧ピンの穴（図示せず）に、封止剤６を充填し、電池素子２及び第二リード５の一方の端部を封止する（ステップＳ４）。
このようにすると、第二リード５と第二電極層２３との接触面圧、第二電極層２３と固体電解質層２２との接触面圧、固体電解質層２２と第一電極層２１との接触面圧、及び、第一電極層２１と第一リード４との接触面圧を高めることができる。したがって、リチウム二次電池１は、接触不良に起因する電流密度の低下を抑制することができる。
【００６３】
なお、図示してないが、電池素子２及び第二リード５の一方の端部が封止されたパッケージ３は、第一リード４及び第二リード５の他方の端部が、所定の（たとえば、表面実装に適した）リード形状に形成される。
そして、マーキング工程や検査工程を経て、リチウム二次電池１が製造される。
【００６４】
以上説明したように、本実施形態のリチウム二次電池の製造方法によれば、薄膜電池（図示せず）と比べると、高い電流密度を実現でき、また、作動電圧を安定させることができ、さらに、電池素子２が保護されているので、リフロー半田付けを行うことの可能な表面実装タイプのリチウム二次電池１を製造することができる。
【００６５】
以上、本発明のリチウム二次電池及びリチウム二次電池を備えた装置ついて、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明に係るリチウムイオン電池及びリチウム二次電池を備えた装置は、上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。
たとえば、図示してないが、リチウムイオン電池１は、パッケージ３に、一つの電池素子２を収納する構成としてあるが、この構成に限定されるものではなく、パッケージ３に、直列及び／又は並列に接続された複数の電池素子２を収納する構成としてもよい。このようにすると、様々な仕様に対応することができ、リチウム二次電池１の性能及び付加価値を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】図１は、本発明の第一実施形態にかかるリチウム二次電池の概略図であり、（ａ）は平面図を示しており、（ｂ）はＡ−Ａ断面図を示している。
【図２】図２は、本発明の第二実施形態にかかるリチウム二次電池の概略図であり、（ａ）は平面図を示しており、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図を示している。
【図３】図３は、本発明の第三実施形態にかかるリチウム二次電池の概略図であり、（ａ）は平面図を示しており、（ｂ）はＣ−Ｃ断面図を示している。
【図４】図４は、本発明の一実施形態にかかるリチウム二次電池の製造方法の概略フローチャート図を示している。
【符号の説明】
【００６７】
１、１ａ、１ｂ  リチウム二次電池
２、２ａ、２ｂ  電池素子
３、３ａ、３ｂ  パッケージ
４、４ａ、４ｂ  第一リード
５、５ａ、５ｂ  第二リード
６、６ａ、６ｂ  封止剤
７  ワイヤ
２１、２１ａ、２１ｂ  第一電極層
２２、２２ａ、２２ｂ  固体電解質層
２３、２３ａ、２３ｂ  第二電極層
２４  接合板
３１、３１ｂ  開口部
３１ａ  第二開口部
３２ａ  第一開口部
【図１】
2010033892.tif 000003
【図２】
2010033892.tif 000004
【図３】
2010033892.tif 000005
【図４】
2010033892.tif 000006